Deshidrogenación y epoxidación catalítica de propileno sobre catalizadores de Pt-Sn y Au-Ti soportados en silicatos mesoporosos - Talavera López, Alfonso (Universidad Autónoma Metropolitana, 2020)
La obtención de propileno es de gran interés en la industria química. Esto es debido a su extenso uso como materia prima para diversos procesos, tales como la síntesis de óxido de propileno, el cual es intermediario para la elaboración de plásticos, fibras sintéticas, poliuretanos, solventes, pinturas, etc. Actualmente, la mayor parte del propileno producido es como subproducto de la refinación del petróleo, sin embargo, debido a su creciente demanda mundial se requieren alternativas de síntesis como la deshidrogenación catalítica de propano. Por otro lado, el óxido de propileno es un compuesto de gran interés en el mercado de los polímeros, pero su producción requiere el uso de reactivos tóxicos, corrosivos y explosivos. Por ello se han hecho esfuerzos para obtener alternativas limpias de producción en una sola etapa como la epoxidación de propileno en fase gas. En este proyecto se estudiaron las reacciones de deshidrogenación de propano a propileno y la epoxidación de propileno a óxido de propileno usando catalizadores con Pt-Sn y Au/Ti respectivamente, soportadas en silices mesoporosos tipo KIT-6 y SBA-16 con diferente grado de conectividad. Se exploraron dos rutas diferentes para la incorporación de Ti en los soportes: (i) impregnación durante la síntesis de KIT-6 y SBA-16 (AS) y (ii) post-síntesis de KIT-6 y SBA-16 (PR); ambos soportes y métodos con relaciones molares Ti/Si de1, 1, 3, 6, 9, 13 y 16%. Los materiales se caracterizaron con espectroscopia de absorción atómica, adsorción- desorción de nitrógeno, difracción de rayos X, análisis termogravimétrico, espectroscopia fotoelectrónica de rayos X y microscopia electrónica de alta resolución. Se realizó la deshidrogenación de propano sobre los catalizadores de Pt-Sn soportados en sílices mesoporosas con alto grado de conectividad, KIT-6 y con un menor grado de conectividad, SBA-16. Además, se evaluaron los catalizadores de Au-Ti obtenidos por el método de deposición-precipitación (DP) mediante tres metodologías: epoxidación de propileno en un reactor tubular, espectroscopias in situ de reflectancia difusa UV-vis y absorción de rayos X cercana al borde de absorción. Los resultados relevantes indican que el catalizador con 0.5 % en peso de Pt y 1% de Sn soportados en KIT-6 presentó la mayor conversión y selectividad en la deshidrogenación de propano debido a la formación eficiente de la aleación PtSn. La adición de Sn a los catalizadores permite la reducción significativa de la formación de depósitos de coque. Los resultados de caracterización de catalizadores ante de reacción, muestran que un incremento en la carga de estaño superior a 1% en peso, resulta en la aglomeración de partículas de Pt reduciendo el número de sitios activos. Así mismo, a mayor concentración de H2 en la alimentación incrementa la estabilidad del catalizador, pero a su vez, disminuye la selectividad hacia propileno. Posterior a las pruebas de reacción, los catalizadores fueron sometidos a caracterización fisicoquímica. Mediante difracción de rayos X de alto ángulo, se encontró evidencia de la formación de una aleación de PtSn, la cual corresponde al sitio activo para esta reacción. La reactividad y selectividad al óxido de propileno están estrechamente relacionadas con la reducción de especies Aun+ y también con los cambios en la proporción de titanio tetraédrico/octaédrico en el catalizador. La mayoría de las especies de Au3+ inicialmente presentes en los catalizadores se reducen a Au0. Los resultados de los experimentos in situ sugieren claramente que la pérdida de actividad se relaciona con la rápida reducción de especies de Au y con los cambios en la coordinación del titanio.